亚热带杉木和马尾松群落土壤系统呼吸及其影响因子

 亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)和马尾松(Pinus massoniana)在我国森林资源中占有十分重要的地位, 研究它们的土壤与表层凋落物的呼吸有助于了解它们的碳源汇时空分布格局及碳循环过程的关键驱动因子。采用Li-Cor 6400-09连接到Li-6400便携式CO2/H2O分析系统测定湖南两种针叶林群落(2007年1月至12月)的土壤呼吸及其相关根生物量和土壤水热因子。研究结果表明: 杉木和马尾松群落中土壤呼吸的季节变化显著, 在季节动态上的趋势相似, 都呈不规则曲线格局, 全年土壤呼吸速率平均值分别为186.9 mg CO₂•m^–2•h^–1和242.4 mg CO₂•m^–2•h^–1。从1月开始, 两种群落的土壤呼吸速率由最小值33.9 mg CO₂•m^–2•h^–1和38.6 mg CO₂•m^–2•h^–1随着气温的升高而升高, 杉木群落到7月底达到全年中最大值326.3 mg CO₂•m^–2•h^–1, 而马尾松群落到8月中旬达到最大值467.3 mg CO₂•m^–2•h^–1, 土壤呼吸的季节变化与土壤温度呈显著的指数相关, 土壤温度可以分别解释土壤呼吸变化的91.7%和78.0%, 和土壤含水量呈二次方程关系, 土壤含水量可以解释土壤呼吸变化的5.4%和8.4%。由土壤呼吸与土壤温度拟合的指数方程计算Q₁₀值, 杉木和马尾松群落中全年土壤呼吸的Q₁₀值分别为2.26和2.13, Q₁₀值随着温度升高逐渐减小。两种群落土壤呼吸的差异主要受群落植被的根生物量、群落的凋落物量的影响。     

西双版纳热带季节雨林优势树种树干呼吸特征

 采用红外气体分析法（IRGA）原位监测了西双版纳热带季节雨林11种优势树种树干呼吸速率、1 cm深树干温度以及林内空气变化情况。研究发 现,11种优势树种的树干呼吸具有相同的季节规律,并且雨季均大于干季时的树干呼吸。树种间树干呼吸速率差异显著,在0. 823～2.727 μmol&;#8226;m^-2&;#8226;s^-1。树干1.3 m处所测南北方向树干呼吸无显著性差异。树干呼吸与树干温度显著相关(0.552<0.92),呈良好的自然指数回归关 系,Q₁₀值为1.90～3.03。20 ℃时各树种的RT（总树干呼吸）速率为0.771～2.570μmol&;#8226;m^-2&;#8226;s^-1。     

上海典型城市草坪土壤呼吸特征

采用CFX-2开放式呼吸测定系统测定了上海城区百慕大、黑麦草-百慕大混播、结缕草和狗牙根4种典型草坪的土壤呼吸速率。结果表明：4种草坪的土壤呼吸速率均呈明显季节变化,最大值出现在7—8月,最小值出现在12月—翌年1月;4种草坪土壤呼吸平均速率依次为百慕大草坪<黑麦草-百慕大混播草坪<结缕草草坪<狗牙根草坪,其中百慕大草坪的土壤呼吸速率变化范围为0.13～2.25 μmol·m^-2·s^-1,黑麦草-百慕大混播草坪为1.16～5.95 μmol·m^-2·s^-1,结缕草草坪为0.93～8.27 μmol·m^-2·s^-1,狗牙根草坪为1.21～9.27 μmol·m^-2·s^-1;4种草坪的土壤呼吸速率与气温、5 cm地温和10 cm地温均呈极显著指数相关;百慕大草坪和黑麦草-百慕大混播草坪的日变化均呈单峰曲线,与气温、5 cm地温和10 cm地温的日变化趋势一致;4种草坪土壤呼吸对温度的敏感性指数即Q₁₀值为1.60～2.66;除结缕草外,其他草坪的土壤呼吸速率与土壤含水率相关性不显著;草坪的呼吸特征与其生长习性直接相关,而冷暖季混播草坪Q₁₀值小,对提高城市生态景观和环境质量有积极作用。     

千烟洲红壤丘陵区人工针叶林土壤CH4排放通量

 CH₄在温室效应中起着重要作用,为估算中亚热带CH₄的源汇现状,评价森林生态系统对温室效应的影响,采用静态箱-气相色谱法研究了千烟洲红壤丘陵区人工针叶林的土壤CH₄ 排放通量特征及水热因子对其的影响。对2004年9月～2005年12月期间的观测结果分析表明 ：千烟洲人工针叶林土壤总体表现为大气CH₄的吸收汇,原状林地土壤(Forest soil)情况下,CH₄通量的变化为7.67～-67.17μg&;#8226;m^-2&;#8226;h^-1,平均为-15.53μg&;#8226;m^-2&;#8226;h^-1;无凋落物处理(Litter-free)情况下,CH₄通量的变化是9.31～-90.36 μg&;#8226;m^-2&;#8226;h^-1,平均为-16.53μg&;#8226;m^-2&;#8226;h^-1。 二者对土壤CH₄的吸收表现出明显的季节变化规律,秋>夏>冬>春,但无凋落物处理CH₄变化幅度较原状林地土壤大,无凋落物处理吸收高峰出现在10月,最低值出现在翌年3月,原状林地土壤则分别在9月和翌年2月,均提前1个月。对土壤CH₄吸收通量与温度和湿度的相关分析表明： 无论是原状林地土壤还是无凋落物处理情况下,土壤CH₄通量都与地下5 cm的温度和湿度相关性最高。偏相关分析反映了不同季节水热配置对土壤吸收CH₄通量的影响：冬季为12月～翌年2月,温度起主要作用;雨季3～6月,温度作用为主,随着温度的升高而升高,水分作用微弱;7～8月,CH₄吸收通量随着湿度的降低而增加,但高温限制了CH₄的吸收;秋季（9～11月）水热配置适宜,CH₄通量达到高峰值。总之,CH₄吸收通量随着温度的升高和 湿度的降低而增大,但温度过高会抑制其吸收。     

排放通量

CH₄在温室效应中起着重要作用,为估算中亚热带CH₄的源汇现状,评价森林生态系统对温室效应的影响,采用静态箱-气相色谱法研究了千烟洲红壤丘陵区人工针叶林的土壤CH₄ 排放通量特征及水热因子对其的影响。对2004年9月～2005年12月期间的观测结果分析表明 ：千烟洲人工针叶林土壤总体表现为大气CH₄的吸收汇,原状林地土壤(Forest soil)情况下,CH₄通量的变化为7.67～-67.17μg&#8226;m^-2&#8226;h^-1,平均为-15.53μg&#8226;m^-2&#8226;h^-1;无凋落物处理(Litter-free)情况下,CH₄通量的变化是9.31～-90.36 μg&#8226;m^-2&#8226;h^-1,平均为-16.53μg&#8226;m^-2&#8226;h^-1。 二者对土壤CH₄的吸收表现出明显的季节变化规律,秋>夏>冬>春,但无凋落物处理CH₄变化幅度较原状林地土壤大,无凋落物处理吸收高峰出现在10月,最低值出现在翌年3月,原状林地土壤则分别在9月和翌年2月,均提前1个月。对土壤CH₄吸收通量与温度和湿度的相关分析表明： 无论是原状林地土壤还是无凋落物处理情况下,土壤CH₄通量都与地下5 cm的温度和湿度相关性最高。偏相关分析反映了不同季节水热配置对土壤吸收CH₄通量的影响：冬季为12月～翌年2月,温度起主要作用;雨季3～6月,温度作用为主,随着温度的升高而升高,水分作用微弱;7～8月,CH₄吸收通量随着湿度的降低而增加,但高温限制了CH₄的吸收;秋季（9～11月）水热配置适宜,CH₄通量达到高峰值。总之,CH₄吸收通量随着温度的升高和 湿度的降低而增大,但温度过高会抑制其吸收。     

扩散速率估算的影响

理论上,土壤呼吸通量的量值可以通过观测土壤呼吸CO₂扩散速率(&#601;c/&#601;t)计算得到。但是为获得&#601;c/&#601;t,通常须允许土壤呼吸箱内CO₂浓度升高,因此,如何估算外界大气CO₂浓度条件下的&#601;c/&#601;t是土壤呼吸观测技术的关键,关系到观测结果的准确性。通常&#601;c/&#601;t的估算会受土壤表层大气CO₂扩散梯度(即土壤呼吸箱内CO₂扩散梯度和大气CO₂浓度昼夜变化)的影响。目前,线性回归方法是土壤呼吸观测中估算&#601;c/&#601;t的基本方法。然而,常用的线性回 归方法会低估&#601;c/&#601;t,而指数回归方法则可以准确地估算&#601;c/&#601;t。夜间&#601;c/&#601;t的变化与大气CO₂ 浓度之间存在非常明显的负相关关系。夜间土壤表层大气CO₂扩散梯度的减小导致线性回归方法明显低估&#601;c/&#601;t。&#601;c/&#601;t的昼夜变化过程存在明显的非对称性现象,而指数回归方法可以更好地描述&#601;c/&#601;t昼夜变化的非对称性响应。     

武夷山不同海拔高度土壤氮矿化对温度变化的响应

采集了武夷山4个不同海拔的植物群落（常绿阔叶林、针叶林、亚高山矮林和高山草甸）的土壤样品,在实验室条件下, 将含水量调节为田间持水量60%,置于5 ℃、15 ℃、25 ℃和35 ℃人工气候箱中培养30 d,以测定土壤净氮矿化对温度的敏感性。结果表明：相同海拔植物群落的土壤净氮矿化量和氮矿化速率均随温度的升高显著增加;不同海拔间土壤氮矿化量和氮矿化速率大小均表现为：亚高山矮林>常绿阔叶林>高山草甸>针叶林。土壤氮矿化的Q₁₀在1.03～1.54,并且15 ℃升高到25 ℃时的Q₁₀比5 ℃升高到15 ℃和25 ℃升高到35 ℃时的Q₁₀高,表明土壤氮矿化对温度的敏感性在15 ℃～25 ℃较高。     

短期CO2加富对凤梨光合作用及生长发育的影响

 研究了CO₂加富对丹尼斯凤梨（Guzmania`Denise’）和吉利凤梨（Guzmania `Cherry’）叶片光合速率、植株生长、开花和光合相关酶活性的 影响。结果表明,处理30 d期间,处理(600±40)、(900±40) μmol CO₂&;#8226;mol^-1的净光合速率分别比同期对照增加了6.24%～31.91%和11.92%～ 41.48%;CO₂加富下促进了叶片中可溶性糖和淀粉的积累, 蒸腾速率和气孔导度下降,Rubisco活性增加,乙醇酸氧化酶活性则明显下降。(600 ±40)μmol CO₂&;#8226;mol^-1处理下的株高、叶面积分别比同期对照下增加了6.94%～14.63%和1.66%～7. 06%,而处理(900±40) μmol CO₂&;#8226;mol^-1下 分别增加了9.71%～20.85%和2.87%～11.62%;CO₂加富下促进了干重和鲜重的积累。此外,CO₂加富提前了吉利凤梨的花期。     

CO2浓度倍增、高氮沉降和高降雨对南亚热带人工模拟森林生态系统土壤呼吸的影响

 土壤呼吸响应全球气候变化对全球C循环具有重要作用。应用大型开顶箱(Open-top chamber, OTC)人工控制手段, 研究了大气CO₂浓度倍增、高氮沉降和高降雨处理对南亚热带人工森林生态系统土壤呼吸的影响。结果表明: 对照箱、CO₂浓度倍增处理以及高氮沉降处理下土壤呼吸速率都具有明显的季节变化, 雨季(4~9月)的土壤呼吸速率显著高于旱季(10月至次年3月) (p<0.001); 但高降雨处理下无明显的季节差异(p>0.05)。CO₂浓度倍增能显著提高土壤呼吸速率(p<0.05), 其他处理则变化不大。大气CO₂浓度倍增、高氮沉降、高降雨处理和对照箱的土壤呼吸年通量分别为4 241.7、3 400.8、3 432.0和3 308.4 g CO₂·m^–2·a^–1。但在不同季节, 各种处理对土壤呼吸的影响是不同的。在雨季, 大气CO₂浓度倍增和高氮沉降的土壤呼吸速率显著提高(p<0.05), 其他处理无显著变化; 而在旱季, 高降雨的土壤呼吸速率显著高于对照箱(p<0.05), 氮沉降处理则抑制土壤呼吸作用(p<0.05)。各处理的土壤呼吸速率与地下5 cm土壤温度之间具有显著的指数关系(p<0.001); 当土壤湿度低于15%时, 各处理的土壤呼吸速率与地下5 cm土壤湿度具有显著的线性关系(p<0.001)。     

热带季节雨林林冠上方和林内近地层CO2浓度的时空动态及其成因分析

 为探讨西双版纳独特地方气候背景下,热带季节雨林CO₂浓度的时空变化特征和不同时间尺度上环境因素对森林CO₂浓度时间分布的作用,以及 为研究热带季节雨林的碳通量、净生态系统交换量(Net ecosystem exchange, NEE)等提供支持,我们利用热带季节雨林林冠上方和林内近地层 CO₂浓度连续监测资料,结合同步气象资料进行了统计分析。研究结果表明：在植被生理活动、土壤呼吸以及林内湍流的共同作用下,西双版纳 热带季节雨林CO₂浓度表现出明显的日变化、季节变化和林冠上下差异。在日尺度上,林冠上方的CO₂浓度时间变化曲线为“单峰型”,林内近 地层CO₂浓度时间变化曲线为“双峰型”,造成林内近地层傍晚第二个峰值的主要因子是地形因子作用下形成的局地环流。在季节尺度上,林冠 上方CO₂浓度主要受林冠代谢作用的影响,呈现雨季低、干季高的特点,而林内近地层的CO₂浓度则主要受地表呼吸过程所控制,季节变化趋势 与林冠上方相反。林冠上方CO₂浓度低于林内近地层CO₂浓度,且差异较大;在日尺度上,各月（除12月外）CO₂浓度的最大差值皆大于80 mg·m ^－3,且出现在傍晚;在季节尺度上,最大值为-62.9 mg·m^－3,出现在10月,最小值为-8.4 mg·m^－3,出现在12月。     

玉米地土壤呼吸作用对土壤温度和生物因子协同作用的响应

基于2005年玉米(Zea mays)生长季土壤呼吸作用及其影响因子的动态观测资料,分析了玉米地土壤呼吸作用的日和季动态及其对土壤温度和生物因子协同作用的响应。结果表明,玉米地土壤呼吸作用的日变化为不对称的单峰型,其最小值和最大值分别出现在6∶00~7∶00和13∶00左右;玉米生长季中,土壤呼吸速率波动较大,其均值为3.16 μmol CO₂·m^-2·s^-1,最大值为4.87 μmol CO₂·m^-2·s^-1,出现在7月28日,最小值为1.32 μmol CO₂·m^-2·s^-1,出现在5月4日。在土壤呼吸作用日变化中,土壤呼吸速率(SR)与10 cm深度土壤温度(T)呈显著的线性关系:SR=αT+β。在整个生长季节,玉米净初级生产力(NPP)与直线斜率(α)呈显著正相关,生物量(B)也明显影响直线的截距(β)。基于此,建立了玉米地土壤呼吸作用动态模型SR=(aNPP+b)T+cB²+dB+e。土壤呼吸作用季节变化的大部分(97%)可以由土壤温度、NPP和生物量的季节变化来解释。当仅考虑土壤温度对土壤呼吸作用的影响时,指数方程会过大或过小地估计了土壤呼吸强度。该文的结果强调了生物因子在土壤呼吸作用季节变化中的重要作用,同时指出土壤呼吸作用模型不仅要考虑土壤温度的影响,在生物因子影响土壤呼吸作用的温度敏感性时,还应该把生物因子纳入模型。     

长白山红松针阔混交林与开垦农田土壤呼吸作用比较

利用静态箱式法测定长白山红松(Pinus koraiensis)针阔混交林及其开垦农田的土壤呼吸作用。结果表明,两者土壤呼吸作用的日动态和季节动态均主要受温度影响,农田土壤呼吸作用的日变化极值出现时间较林地提前,最大值出现在12∶00左右,比林地提前6 h左右,最小值在凌晨5∶00左右,早于林地2~3 h;在生长季,土壤呼吸速率与10 cm土壤含水量关系不显著,而与土壤5 cm温度呈显著的指数关系;农田土壤温度高于林地,但在整个生长季(5~9月)林地土壤释放CO₂量(2 674.4 g·m^-2)约为农田(1 285.3 g·m^-2)的2倍;观测期间,农田土壤呼吸速率占林地的比例范围在23.4%~76.3%之间,说明土壤呼吸作用还受不同土地利用方式下植被类型等的影响。农田和红松针阔混交林土壤呼吸作用的Q₁₀值分别为3.07和2.92,农田土壤呼吸作用的Q₁₀ 值估计可能偏大。森林转变为农田后,环境、生物因子以及土壤养分含量和物理性质发生改变,共同影响土壤呼吸作用的强度和动态特征。     

Spatially explicit patterns in a dryland's soil respiration and relationships with climate,whole plant photosynthesis and soil fertility

Arid and semiarid ecosystems play a significant role in regulating global carbon cycling, yet our understanding of the controls over the dominant pathways of dryland CO₂ exchange remains poor. Substantial amounts of dryland soil are not covered by vascular plants and this patchiness in cover has important implications for spatial patterns and controls of carbon cycling. Spatial variation in soil respiration has been attributed to variation in soil moisture, temperature, nutrients and rhizodeposition, while seasonal patterns have been attributed to changes in moisture, temperature and photosynthetic inputs belowground. To characterize how controls over respiration vary spatially and temporally in a dryland ecosystem and to concurrently explore multiple potential controls, we estimated whole plant net photosynthesis (A_net) and soil respiration at four distances from the plant base, as well as corresponding fine root biomass and soil carbon and nitrogen pools, four times during a growing season. To determine if the controls vary between different plant functional types for Colorado Plateau species, measurements were made on the C₄ shrub, Atriplex confertifolia, and C₃ grass, Achnatherum hymenoides. Soil respiration declined throughout the growing season and diminished with distance from the plant base, though variations in both were much smaller than expected. The strongest relationship was between soil respiration and soil moisture. Soil respiration was correlated with whole plant A_net, although the relationship varied between species and distance from plant base. In the especially dry year of this study we did not observe any consistent correlations between soil respiration and soil carbon or nitrogen pools. Our findings suggest that abiotic factors, especially soil moisture, strongly regulate the response of soil respiration to biotic factors and soil carbon and nitrogen pools in dryland communities and, at least in dry years, may override expected spatial and seasonal patterns.     

松嫩平原西部草甸草原5种典型植物群落土壤呼吸的时空动态

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组分, 由于受到生物因子与非生物因子的共同作用, 土壤碳排放量在时间和空间尺度上都具有一定的变异性。为弄清松嫩平原西部草甸草原植物群落土壤呼吸作用的时空动态变化及其影响因子, 以典型植被碱蓬(Suaeda glauca)、虎尾草(Chloris virgata)、碱茅(Puccinellia distans)、芦苇(Phragmites australis)、羊草(Leymus chinensis)群落为研究对象, 采用LI-6400土壤呼吸测定系统对该生态系统2011-2012年植物生长季内土壤呼吸作用进行了监测。结果表明: 土壤温度可以解释土壤呼吸作用变异的53%-82%, 是影响该生态系统土壤碳排放时间变异的主要因素。土壤水分并未对土壤呼吸作用时间变异产生明显的影响。不同植物群落的土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)有所差异, Q₁₀为2.0-6.7。生长季内, 5种植物群落的土壤累积碳排放量的平均值为316.6 g C·m^-2。生长季内土壤碳累积排放量与植被地上生物量、土壤有机碳含量、平均土壤温度显著正相关, 与平均土壤含水量、pH值、土壤电导率及交换性钠百分比呈负相关关系。土壤的微气候、植被的地上生物量及土壤性质的差异是土壤碳排放空间变异的主要影响因素。     

中国东部亚热带森林土壤呼吸的时空格局

土壤呼吸是陆地碳循环中仅次于全球总初级生产力的第二大碳通量途径, 揭示土壤呼吸的时空格局对整个陆地碳循环具有重要意义。该文在中国东部亚热带季风气候区, 按纬度梯度由南向北选取深圳梧桐山、杨东山十二度水保护区、宁波天童山3个区域作为研究对象, 于2009年8月至2010年10月测定了不同季节各个区域内代表性植被类型的土壤呼吸速率及地下5 cm处土壤温度, 旨在初步了解中国东部亚热带森林地区土壤呼吸的时空格局及其影响因素。结果显示: 3个区域的土壤呼吸速率均存在显著的季节变化, 其变幅为2.64-6.24 μmol CO₂·m ^-2·s^-1, 总体趋势和地下5 cm处土壤温度的季节变化一致, 均为夏季最高冬季最低; 土壤温度的变化可以解释不同样地土壤呼吸季节变化的58.3%-90.2%; 各样地全年的Q₁₀值从1.56到3.27; 通过离样地最近的气象站点的日平均气温与试验样地地下5 cm处土壤温度之间的线性正相关关系推算出日土壤温度的变化, 利用土壤呼吸速率和地下5 cm处土壤温度之间的指数关系, 估算出各样地全年的土壤CO₂通量为1 077-2 058 g C·m^-2·a^-1, 在全球所有生态系统类型中处于较高水平。     

黄土高原四种人工植物群落土壤呼吸季节变化及其影响因子

以黄土高原侧柏、柠条、沙棘和油松人工植物群落为对象,土壤呼吸日动态和季节变化及其与环境因子之间的关系,结果表明:4种植物群落土壤呼吸速率具有典型的日变化和季节变化模式, 4种群落中,以侧柏6月土壤呼吸日变幅最大,沙棘6月土壤呼吸日变幅最小,大部分群落不同月份最大土壤呼吸与最小土壤呼吸倍数在1.1～1.6之间.4种群落中,以柠条土壤呼吸季节变幅最大,侧柏最小,最大土壤呼吸与最小土壤呼吸的倍数为1.5～2.2倍之间.同一植物类型土壤呼吸具有明显的季节变化特征,其具体变化趋势因植物类型而异.4种植物群落土壤呼吸速率与土壤和大气温度以及土壤含水量的关系在不同季节表现为不同的关系,其中侧柏和柠条土壤呼吸与土壤温度均呈乘幂关系,与大气温度为指数关系.沙棘土壤呼吸与土壤温度和大气温度均为乘幂关系,油松土壤呼吸与土壤温度和大气温度均为线性关系.这表明土壤呼吸与土壤和大气温度之间的关系及其紧密程度因植被类型而异.综合分析表明,同一气候区相同环境因子对不同植物群落土壤呼吸的影响作用不同,且因其自身具有明显的季节变化,从而导致对土壤呼吸的调控作用也具有明显的季节变异模式.     

秦岭火地塘林区油松(Pinus tabulaeformis)林休眠期的土壤呼吸

林木休眠期林地土壤CO2释放是森林生态系统碳平衡关键组成部分之一.由于绝大多数森林生态系统林木休眠期土壤CO2释放过程测定困难,国内有关林木休眠期CO2释放,量化方面的研究开展较少.采用动态开路气室法对秦岭火地塘林区天然次生油松(Pinus tabulaeformis)林土壤呼吸的日变化进行了测定,分析了土壤呼吸速率(mgCO2m-2h-1)与土壤温度和体积含水率的关系,基于土壤日均呼吸速率和土壤日均温度指数方程与观测季的总天数,估算了林木休眠期林地土壤CO2释放量.结果表明:(1)研究区林地土壤呼吸速率存在较大的时、空变异.不同观测部位土壤呼吸速率的峰值出现时间各异,呼吸作用较弱的时段也不一致.同一观测部位不同观测月中,土壤日均呼吸速率变异系数分别为48.38%,82.51%和81.88%;(2)当土温＞8.5 ℃时,0～5 cm和5～10 cm土层,土壤日均温与土壤日均呼吸速率间存在极显著(p＜0.001)的指数关系,Q10分别为1.297和1.323;(3)0～5 cm和5～10 cm土层,土壤体积含水率与土壤呼吸速率间关系复杂;(4) 林木休眠期研究区林地土壤CO2释放量变化于(977.37±88.43)～(997.19±80.73) gCm-2(p=0.005)间.     

山杨白桦混交次生林与原始阔叶红松林土壤呼吸作用比较

 比较利用静态箱式法测定长白山原始阔叶红松林(Pinus koraiensis)和次生杨桦混交林的土壤呼吸作用表明,两者土壤呼吸作用的日动态均主要受温度影响,次生林土壤呼吸作用的日变化极值出现时间较原始林提前1～2 h;两者具有明显的季节动态,其中8月土壤呼吸速率最大;在生长季,土壤呼吸速率与土壤含水量关系不显著,而与土壤5 cm温度呈显著的指数关系;生长季(5～9月)次生林土壤释放CO₂量(3 449.4 g·m^－2)约为原始林(2 674.4 g·m^－2)的1.3倍,这可能是由于次生林内具有比原始林较高的温度和较低的土壤含水量,更有利于根系生长代谢和土壤微生物的活动引起的。     

Effects of elevated temperature on soil respiration in a coastal wetland during the non- growing season in the Yellow River Delta,China

Aims Winter soil respiration plays a crucial role in terrestrial carbon cycle, which could lose carbon gained in the growing season. With global warming, the average near-surface air temperatures will rise by 0.3 to 4.8 °C. Winter is expected to be warmer obviously than other seasons. Thus, the elevated temperature can significantly affect soil respiration. The coastal wetland has shallow underground water level and is affected by the fresh water and salt water. Elevated temperature can cause the increase of soil salinity, and as a result high salinity can limit soil respiration. Our objectives were to determine the diurnal and seasonal dynamics of soil respiration in a coastal wetland during the non-growing season, and to explore the responses of soil respiration to environmental factors, especially soil temperature and salinity.
Methods A manipulative warming experiment was conducted in a costal wetland in the Yellow River Delta using the infrared heaters. A complete random block design with two treatments, including control and warming, and each treatment was replicated each treatment four times. Soil respiration was measured twice a month during the non-growing season by a LI-8100 soil CO₂ efflux system. The measurements were taken every 2 h for 24 h at clear days. During each soil respiration measurement, soil environmental parameters were determined simultaneously, including soil temperature, moisture and salinity.
Important findings The diurnal variation of soil respiration in the warming plots was closely coupled with that in the control plots, and both exhibited single-peak curves. The daily soil respiration in the warming was higher than that in the control from November 2014 to January 2015. Contrarily, from March to April 2015. During the non-growing seasons, there were no significant differences in the daily mean soil respiration between the two treatments. However, soil temperature and soil salt content in the warming plots were significantly higher than those in the control plots. The non-growing season was divided into the no salt restriction period (November 2014 to middle February 2015) and salt restriction period (middle February 2015 to April 2015). During non-growing season, soil respiration in the warming had no significant difference compared with that in control. During the no salt restriction period, soil respiration in the warming was 22.9% (p < 0.01) greater than the control when soil temperature at 10 cm depth in warming was elevated by 4.0 °C compared with that in control. However, experimental warming decreased temperature sensitivity of soil respiration (Q₁₀). During salt restriction period, soil warming decreased soil respiration by 20.7% compared with the control although with higher temperature (3.3 °C), which may be attributed to the increased soil salt content (Soil electric conductivity increased from 4.4 ds·m^-1 to 5.3 ds·m^-1). The high water content can limit soil respiration in some extent. In addition, the Q₁₀ value in the warming had no significant difference compared with that in control during this period. Therefore, soil warming can not only increase soil respiration by elevating soil temperature, but also decrease soil respiration by increasing soil salt content due to evaporation, which consequently regulating the soil carbon balance of coastal wetlands.